[发明专利]视觉拉伸试验系统

说明书

技术领域

本发明属于材料力学性能测试分析领域，特别是提供了一种视觉拉伸试验系统，适用于金属、塑料等无机材料的拉伸性能的测试分析。

背景技术

拉伸试验是材料力学性能测试的基本手段，在金属件服役条件的安全评估中占据着重要地位。其中规定非比例延伸强度R_p0.2、应变硬化指数n、塑性应变比r等是设计中的非常重要的参数，这些参数需要根据试样在拉伸过程中的力～变形特征测定。力值的测定比较容易实现，实时性和准确性高。而变形的测定长期以来多采用接触式引伸计测量，没有根本的改进，成为测试的瓶颈。这种传统的测量方法存在以下不足：

①由于引伸计本身的刚度影响，测得数据具有一定的滞后性。

②由于引伸计本身的重量，不能测量超薄、超细的试样。

③由于构造上的限制，不适合小标距、超脆的试样。

④如果不是自动引伸计，试验前需要手工装卡，试验中手工取下。

⑤对于需要同时测量轴向和横向变形的n r试验，则由于需要安装轴向和横向两个引伸计，非常麻烦，并且横向只能得到一个点的变形量，不满足试验方法要求。

为了满足现代材料的研究、工程设计及安全评估的需要，特别是为了全自动拉伸试验机的应用，必须针对以上对传统引伸计的分析，在变形测量方面，研制符合各类试样，具有实时性、高精确度的拉伸试验系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视觉拉伸试验系统。完成对试验样品在特定控制方式、加载速率、试验温度下的拉伸试验。可以实现：试验方案的制定；传感器的标定；试验全过程的力值、变形、位移和时间的显示、存储；各试验参数的计算；图形和数据的分析；试验结果的输出。

视觉拉伸试验系统包括主机硬件机构、信号采集测量机构、视觉采集机构与数据处理机构等部分。主机硬件机构主要由加载机构和控制机构组成。加载机构以卡具和夹块的方式机械连接在试验机的主机框架内，控制机构以板卡的方式安装在试验机的主机底座框架内。信号采集测量机构由载荷传感器、力值数据采集卡、旋转编码器、位移编码器组成，力值数据采集卡以电路板的形势安装在工控机的相应通道的插槽内。视觉采集机构由CCD图像采集系统、采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组成，CCD图像采集系统、自动标记架由一个旋转支架的方式用螺钉安装在试验机主机架上。采集卡、图像分析处理软件直接安装在计算机内。数据处理机构包括计算机，工控机等硬件单元，由基于Visual C++开发平台的拉伸测试软件为补充。测试软件直接安装在计算机内，工控机与主机控制机构以标准RS232通信线相连。

1.主机硬件机构

加载机构和控制机构组成主机硬件机构。加载机构由试验机主机架、试样夹具、滚珠丝杠、伺服电机、减速机以螺钉固定、焊接等机械方式连接组成。控制机构由驱动器、控制卡和驱动卡组成；驱动器由数据线与电机相连，控制卡和驱动卡以板卡的方式，插在试验机的工控机的插槽内，以标准通信协议与工控机通信；在电机轴和丝杠顶端以无缝机械连接的方式同时装有位移编码器。试验机主机架由高强度材质作底座，由硬度值＞＝60的材质作卡具和夹块，由分辨力优于1/300000的传感器作力值检测设备，保证允许过载150％的刚性、优于10％的同轴度。

2.信号采集测量机构

主要包括载荷传感器、力值数据采集卡、旋转编码器、位移编码器等组成。载荷传感器同轴安装在卡具上，实时、快速感受力的变化，力值数据采集卡以电路板的形势安装在工控机的相应通道的插槽内。位移传感器用金属封装，以法兰和螺钉的方式无缝安装在丝杠上，以电缆线与试验机主控电路板相连，旋转编码器安装在减速电机的末端。旋转编码器和位移编码器以通用通信方式与工控机相连，以各路信号分离的方式，经过不同的数据通道，集结在工控机和试验机的数据处理卡中，同步、快速、准确地处理视觉图像采集机构与信号采集机构所得数据。

3.视觉采集机构

由CCD图像采集系统、高速采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组成。视觉图像采集机构的采集精度为视野的1/100000，由一可以调节方向和距离的弯背杆与试验机主机相连，驱动部分由高精度的伺服电机和减速机构组成，以铸件和机械连接的方式，安装在试验机主机的底部。驱动部分与移动横梁由导程一定的丝杠相连。数据处理机构，以电缆线与试验机主控电路板相连，以通用通信方式与工控机相连，以各路信号分离的方式，经过不同的数据通道，集结在工控机和试验机的数据处理卡中，同步、快速、准确地处理视觉图像采集机构与信号采集机构所得数据。

4.数据处理机构